(57)【要約】【課題】製造工程および製造時間を増加させることなく、平坦化された半導体膜を製造する。【解決手段】本発明による半導体膜の製造方法は、非晶質半導体膜を用意する工程と、非晶質半導体膜の少なくとも一部に結晶化レーザビームを照射することにより、結晶質半導体膜を得る結晶化工程と、結晶化工程に連続して、結晶質半導体膜に平坦化レーザビームを照射することにより、結晶質半導体膜の表面を平坦化する平坦化工程とを包含する。平坦化工程は、結晶質半導体膜のうち複数の第１単位領域に第１平坦化レーザビームを照射する第１平坦化工程と、結晶質半導体膜のうちそれぞれが第１単位領域とは少なくとも一部異なる複数の第２単位領域に第２平坦化レーザビームを照射する第２平坦化工程とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質半導体膜を用意する工程と、
前記非晶質半導体膜の少なくとも一部に結晶化レーザビームを照射することにより、結晶質半導体膜を得る結晶化工程と、
前記結晶化工程に連続して、前記結晶質半導体膜に平坦化レーザビームを照射することにより、前記結晶質半導体膜の表面を平坦化する平坦化工程と
を包含する、半導体膜の製造方法であって、
前記平坦化工程は、
前記結晶質半導体膜のうち複数の第１単位領域に第１平坦化レーザビームを照射する第１平坦化工程と、
前記結晶質半導体膜のうちそれぞれが前記第１単位領域とは少なくとも一部異なる複数の第２単位領域に第２平坦化レーザビームを照射する第２平坦化工程とを含む、半導体膜の製造方法。
【請求項２】
前記複数の第１および第２単位領域のそれぞれは、前記結晶質半導体膜の表面の法線方向からみて多角形形状を有する、請求項１に記載の半導体膜の製造方法。
【請求項３】
前記複数の第１単位領域は、前記多角形形状の辺が互いに重ならないように第１パターン状に配列されており、
前記複数の第２単位領域は、前記多角形形状の辺が互いに重ならないように第２パターン状に配列されている、請求項２に記載の半導体膜の製造方法。
【請求項４】
前記第１平坦化工程は、透光領域と遮光領域とを有する第１マスクを用いて前記第１平坦化レーザビームの成形を行う工程を含み、
前記第２平坦化工程は、透光領域と遮光領域とを有する第２マスクを用いて前記第２平坦化レーザビームの成形を行う工程を含み、請求項１から３のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項５】
前記第２平坦化工程は、前記第２マスクとして前記第１マスクとは異なるマスクを用いる工程を含む、請求項４に記載の半導体膜の製造方法。
【請求項６】
前記第２平坦化工程は、前記第１マスクを前記結晶質半導体膜に対して相対的に移動させることより、前記第１マスクを前記第２マスクとして用いる工程を含む、請求項４に記載の半導体膜の製造方法。
【請求項７】
前記第１単位領域の前記多角形形状の辺は、前記第１平坦化レーザビームによって照射されなかった領域に接しており、
前記第２単位領域の前記多角形形状の辺は、前記第２平坦化レーザビームによって照射されなかった領域に接している、請求項２から６のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項８】
前記多角形形状は正多角形形状である、請求項２から７のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項９】
前記正多角形形状の中心と各辺との距離は２μｍ以下である、請求項８に記載の半導体膜の製造方法。
【請求項１０】
前記正多角形形状の一辺の長さは、１．０μｍ以上６．９μｍ以下である、請求項８または９に記載の半導体膜の製造方法。
【請求項１１】
前記正多角形は、正三角形、正方形および正六角形のいずれかである、請求項８から１０のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項１２】
前記複数の第２単位領域のそれぞれは、前記第１平坦化レーザビームによって照射されなかった領域である、請求項１から１１のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項１３】
前記第２平坦化工程は、前記第２平坦化レーザビームとして前記第１平坦化レーザビームと同じレーザビームを用いる工程を含む、請求項１から１２のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項１４】
前記平坦化工程は、前記結晶質半導体膜のうちそれぞれが前記第２単位領域とは少なくとも一部異なる複数の第３単位領域に第３平坦化レーザビームを照射する第３平坦化工程をさらに含む、請求項１から１３のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項１５】
前記第３平坦化工程は、前記第２平坦化レーザビームのエネルギー密度を低下させたレーザビームを前記第３平坦化レーザビームとして用いる工程を含む、請求項１４に記載の半導体膜の製造方法。
【請求項１６】
前記第３単位領域は、前記第１単位領域および前記第２単位領域と一部重なる、請求項１４または１５に記載の半導体膜の製造方法。
【請求項１７】
前記第１単位領域は、前記結晶質半導体膜の表面の法線方向からみて多角形形状を有しており、
前記第２単位領域は、前記第１平坦化レーザビームによって照射されなかった領域であって、前記結晶質半導体膜の表面の法線方向からみて多角形形状を有しており、
前記第３単位領域は、前記結晶質半導体膜の表面の法線方向からみて多角形形状を有しており、前記第１および第２平坦化工程において前記第１および第２単位領域内に形成されたリッジを中心以外の位置に含む、請求項１４から１６のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項１８】
前記第２単位領域は、前記第１単位領域と一部重なる、請求項１４に記載の半導体膜の製造方法。
【請求項１９】
前記第２単位領域は、前記第１単位領域とは一部が異なる領域であって、前記結晶質半導体膜の表面の法線方向からみて多角形形状を有しており、
前記第３単位領域は、前記結晶質半導体膜の表面の法線方向からみて多角形形状を有しており、前記第２平坦化工程において前記第２単位領域内に形成されたリッジを中心以外の位置に含む、請求項１８に記載の半導体膜の製造方法。
【請求項２０】
前記結晶化工程は、レーザ照射室内の雰囲気中の所定の元素組成および所定の気圧下で前記非晶質半導体膜の結晶化を行う工程を含み、
前記平坦化工程は、前記結晶化工程における前記レーザ照射室内の雰囲気中の前記所定の元素組成および前記所定の気圧を変更することなく平坦化を行う工程を含む、請求項１から１９のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項２１】
前記結晶化工程は、前記非晶質半導体膜の結晶化に伴って前記半導体膜の表面が酸化された酸化層を形成する工程を含み、
前記平坦化工程は、前記結晶化工程の後、前記酸化層を除去することなく平坦化を行う工程を含む、請求項１から２０のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項２２】
前記平坦化工程は、前記結晶質半導体膜のうち前記平坦化レーザビームによって照射された領域の表面粗さを低減する工程を含む、請求項１から２１のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項２３】
前記平坦化レーザビームは、前記結晶質半導体膜を部分的に溶融させるエネルギー密度を有する、請求項１から２２のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項２４】
前記平坦化工程は、前記平坦化レーザビームとしてパルス発振レーザビームを用いる工程を含む、請求項１から２３のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【請求項２５】
前記平坦化工程は、前記結晶化レーザビームのエネルギー密度を低下させたレーザビームを前記平坦化レーザビームとして用いる工程を含む、請求項１から２４のいずれかに記載の半導体膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体膜の製造方法に関し、より詳細には、レーザビームを用いた半導体膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下、「ＴＦＴ」と称する場合がある。）やダイオード等に代表される半導体素子が広く利用されている。ＴＦＴは、例えば絶縁基板上にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長）法等を用いて形成された、厚さ数十ｎｍ〜数百ｎｍの半導体膜を活性層として用いている。ＴＦＴの応用分野としては、アクティブマトリクス型の液晶表示装置がある。アクティブマトリクス型の液晶表示装置では、行および列（マトリクス）状に配置された数十万以上の画素電極のそれぞれに１つ以上のＴＦＴが配置されており、画素電極に供給される電荷の量がＴＦＴによって制御される。
【０００３】
半導体膜の１つである非晶質（アモルファス）半導体膜は容易に作製できるが、非晶質半導体膜のキャリア移動度が低いため、高速動作が要求されるＴＦＴには、非晶質半導体膜よりも高いキャリア移動度を実現可能な結晶質半導体膜が好適に利用されている。結晶質半導体膜には、例えば、多結晶半導体膜、微結晶半導体膜がある。
【０００４】
結晶質半導体膜は、非晶質半導体膜を結晶化することによって得られる。例えば、結晶質半導体膜は、非晶質半導体膜にレーザビームを照射して溶融および固化させることにより、非常に短時間に得られる。
【０００５】
しかしながら、非晶質半導体膜にレーザビームを１回照射するのみでは、十分な特性の結晶質半導体膜が得られないことがあるため、レーザビームの照射を２回行う方法が提案されている（例えば、特許文献１、２）。
【０００６】
特許文献１には、移動度の高いＴＦＴに適した＜１００＞方位の多数の結晶粒を含む結晶質珪素膜を作製するために、レーザビームの照射を２回行うことが開示されている。特許文献１に開示されている方法では、厚さ５０ｎｍのアモルファスシリコン膜にレーザビームを照射した後、さらに連続発振レーザビームの照射を行っており、これにより、移動度の高いＴＦＴに適した＜１００＞方位の多数の結晶粒を含む半導体膜を作製している。
【０００７】
また、特許文献２には、結晶質半導体膜の表面を平坦化するために、レーザビームの照射を２回行うことが開示されている。
【０００８】
以下、結晶質半導体膜の表面の平坦化が必要となる理由を説明する。
【０００９】
非晶質半導体膜にレーザビームを照射することによって結晶質半導体膜を得るには、結晶化するときのレーザ照射室内の雰囲気中に所定の濃度以上の酸素が必要であるか、あるいは非晶質半導体膜上に酸化膜が設けられていることが必要である。このように、酸素濃度の比較的高い雰囲気中で、あるいは、酸化膜が上に設けられた非晶質半導体膜にレーザビームの照射を行うと、良好な結晶性を有する結晶質半導体膜が得られるが、結晶質半導体膜の表面に突起（リッジ）が形成され、表面粗さが非常に大きくなる。
【００１０】
このような大きなリッジが表面に形成された結晶質半導体膜を用いてＴＦＴを作製する場合、ＴＦＴの電気特性を向上させるためにゲート絶縁膜の厚さを１００ｎｍ以下にすると、ゲート絶縁膜の厚さが不均一で電気特性のばらつきが大きくなり、絶縁不良の原因となる場合がある。したがって、ＴＦＴなどの半導体素子の電気特性向上のためには、良好な結晶性を有し、かつ、上に設けられるゲート絶縁膜の厚さの均一性及び被覆性に問題がない程度まで平坦された結晶質半導体膜が必要とされる。
【００１１】
そこで、特許文献２に開示されている方法では、非晶質珪素膜にレーザビームを照射して結晶化した後、結晶質珪素膜の表面上に形成された酸化層をフッ酸系のエッチング液を用いて除去し、そのあと著しく酸素濃度の低い雰囲気中で再度レーザビームの照射が９５パーセントオーバーラップするように走査しており、これにより、良好な結晶性を有するとともに表面が平坦化された多結晶珪素膜を得ている。
【特許文献１】特開２００３−１５１９０４号公報
【特許文献２】特開２００１−６０５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に開示されている方法では、２回目のレーザビームの照射によって結晶質半導体膜の表面が平坦化されるのか明示されておらず、また、仮に、この方法によって、２回目のレーザビームの照射によって結晶質半導体膜の表面が平坦化されるとしても、２回目のレーザビームの照射によって新たなリッジがランダムに形成され、十分な平坦化を行うことができない。
【００１３】
また、特許文献２に開示されている方法では、結晶質半導体膜の表面を平坦化するために、非晶質半導体膜を結晶化するためのレーザビームを照射した後、このレーザビームの照射によって多結晶半導体膜の表面上に形成された酸化層を除去する必要があり、製造工程および製造時間が増えるため、好ましくない。また、酸化層の除去は、一般的にフッ酸浸漬によって行われるが、非晶質半導体膜の形成中に装置内のダストなどによって半導体層に小さな孔（ピット）があるとすると、その孔からフッ酸が入り込んで石英基板に到達して、半導体膜／石英基板界面に孔が開き、その孔のためにその後の積層構造が崩れ、例えば電極配線材が断線したりする不良が発生することがある。
【００１４】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、製造時間および製造工程を増加させることなく、平坦化された半導体膜の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の半導体膜の製造方法は、非晶質半導体膜を用意する工程と、前記非晶質半導体膜の少なくとも一部に結晶化レーザビームを照射することにより、結晶質半導体膜を得る結晶化工程と、前記結晶化工程に連続して、前記結晶質半導体膜に平坦化レーザビームを照射することにより、前記結晶質半導体膜の表面を平坦化する平坦化工程とを包含する、半導体膜の製造方法であって、前記平坦化工程は、前記結晶質半導体膜のうち複数の第１単位領域に第１平坦化レーザビームを照射する第１平坦化工程と、前記結晶質半導体膜のうちそれぞれが前記第１単位領域とは少なくとも一部異なる複数の第２単位領域に第２平坦化レーザビームを照射する第２平坦化工程とを含む。
【００１６】
ある実施形態において、前記複数の第１および第２単位領域のそれぞれは、前記結晶質半導体膜の表面の法線方向からみて多角形形状を有する。
【００１７】
ある実施形態において、前記複数の第１単位領域は、前記多角形形状の辺が互いに重ならないように第１パターン状に配列されており、前記複数の第２単位領域は、前記多角形形状の辺が互いに重ならないように第２パターン状に配列されている。
【００１８】
ある実施形態において、前記第１平坦化工程は、透光領域と遮光領域とを有する第１マスクを用いて前記第１平坦化レーザビームの成形を行う工程を含み、前記第２平坦化工程は、透光領域と遮光領域とを有する第２マスクを用いて前記第２平坦化レーザビームの成形を行う工程を含む。
【００１９】
ある実施形態において、前記第２平坦化工程は、前記第２マスクとして前記第１マスクとは異なるマスクを用いる工程を含む。
【００２０】
ある実施形態において、前記第２平坦化工程は、前記第１マスクを前記結晶質半導体膜に対して相対的に移動させることより、前記第１マスクを前記第２マスクとして用いる工程を含む。
【００２１】
ある実施形態において、前記第１単位領域の前記多角形形状の辺は、前記第１平坦化レーザビームによって照射されなかった領域に接しており、前記第２単位領域の前記多角形形状の辺は、前記第２平坦化レーザビームによって照射されなかった領域に接している。
【００２２】
ある実施形態において、前記多角形形状は正多角形形状である。
【００２３】
ある実施形態において、前記正多角形形状の中心と各辺との距離は２μｍ以下である。
【００２４】
ある実施形態において、前記正多角形形状の一辺の長さは、１．０μｍ以上６．９μｍ以下である。
【００２５】
ある実施形態において、前記正多角形は、正三角形、正方形および正六角形のいずれかである。
【００２６】
ある実施形態において、前記複数の第２単位領域のそれぞれは、前記第１平坦化レーザビームによって照射されなかった領域である。
【００２７】
ある実施形態において、前記第２平坦化工程は、前記第２平坦化レーザビームとして前記第１平坦化レーザビームと同じレーザビームを用いる工程を含む。
【００２８】
ある実施形態において、前記平坦化工程は、前記結晶質半導体膜のうちそれぞれが前記第２単位領域とは少なくとも一部異なる複数の第３単位領域に第３平坦化レーザビームを照射する第３平坦化工程をさらに含む。
【００２９】
ある実施形態において、前記第３平坦化工程は、前記第２平坦化レーザビームのエネルギー密度を低下させたレーザビームを前記第３平坦化レーザビームとして用いる工程を含む。
【００３０】
ある実施形態において、前記第３単位領域は、前記第１単位領域および前記第２単位領域と一部重なる。
【００３１】
ある実施形態において、前記第１単位領域は、前記結晶質半導体膜の表面の法線方向からみて多角形形状を有しており、前記第２単位領域は、前記第１平坦化レーザビームによって照射されなかった領域であって、前記結晶質半導体膜の表面の法線方向からみて多角形形状を有しており、前記第３単位領域は、前記結晶質半導体膜の表面の法線方向からみて多角形形状を有しており、前記第１および第２平坦化工程において前記第１および第２単位領域内に形成されたリッジを中心以外の位置に含む。
【００３２】
ある実施形態において、前記第２単位領域は、前記第１単位領域と一部重なる。
【００３３】
ある実施形態において、前記第２単位領域は、前記第１単位領域とは一部が異なる領域であって、前記結晶質半導体膜の表面の法線方向からみて多角形形状を有しており、前記第３単位領域は、前記結晶質半導体膜の表面の法線方向からみて多角形形状を有しており、前記第２平坦化工程において前記第２単位領域内に形成されたリッジを中心以外の位置に含む。
【００３４】
ある実施形態において、前記結晶化工程は、レーザ照射室内の雰囲気中の所定の元素組成および所定の気圧下で前記非晶質半導体膜の結晶化を行う工程を含み、前記平坦化工程は、前記結晶化工程における前記レーザ照射室内の雰囲気中の前記所定の元素組成および前記所定の気圧を変更することなく平坦化を行う工程を含む。
【００３５】
ある実施形態において、前記結晶化工程は、前記非晶質半導体膜の結晶化に伴って前記半導体膜の表面が酸化された酸化層を形成する工程を含み、前記平坦化工程は、前記結晶化工程の後、前記酸化層を除去することなく平坦化を行う工程を含む。
【００３６】
ある実施形態において、前記平坦化工程は、前記結晶質半導体膜のうち前記平坦化レーザビームによって照射された領域の表面粗さを低減する工程を含む。
【００３７】
ある実施形態において、前記平坦化レーザビームは、前記結晶質半導体膜を部分的に溶融させるエネルギー密度を有する。
【００３８】
ある実施形態において、前記平坦化工程は、前記平坦化レーザビームとしてパルス発振レーザビームを用いる工程を含む。
【００３９】
ある実施形態において、前記平坦化工程は、前記結晶化レーザビームのエネルギー密度を低下させたレーザビームを前記平坦化レーザビームとして用いる工程を含む。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、製造時間および製造工程を増加させることなく平坦化された半導体膜を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
（実施形態１）
以下、本発明による半導体膜の製造方法の第１実施形態を説明する。
【００４２】
まず、図１を参照しながら、本実施形態の製造工程を説明する。
【００４３】
図１（ａ）に示すように、非晶質半導体膜１０２を用意する。例えば、絶縁表面を有する石英基板１０１上に、Ｓｉ2Ｈ6ガスを用いた減圧ＣＶＤ法により、厚さ５０ｎｍの非晶質珪素膜１０２を形成する。
【００４４】
図１（ｂ）に示すように、非晶質半導体膜１０２の少なくとも一部にレーザビームＬＡを照射することにより、結晶質半導体膜１０３を得る。結晶質半導体膜１０３は、例えば、多結晶珪素膜である。
【００４５】
本明細書の以下の説明において、このように結晶化を行う工程を結晶化工程とも称する。また、結晶化工程において用いられるレーザビームＬＡを結晶化レーザビームと称することがある。結晶化レーザビームＬＡは、例えば、パルス発振レーザビームの一種であるエキシマーレーザビームである。結晶化レーザビームＬＡは、短辺４００μｍ、長辺４５０ｍｍに成形されており、結晶化レーザビームＬＡは、１回照射する毎に同じ方向に２０μｍずつ走査する。結晶化レーザビームＬＡのエネルギー密度は、例えば、３８０ｍＪ／ｃｍ2である。なお、結晶化レーザビームＬＡは、連続発振レーザビームであってもよい。
【００４６】
結晶化工程では、非晶質半導体膜１０２に結晶化レーザビームＬＡを照射しながら、非晶質半導体膜１０２に対して結晶化レーザビームＬＡを相対的に走査する。ここでは、結晶化レーザビームＬＡのビーム源を固定して非晶質半導体膜１０２が設けられた基板を移動させて走査を行うが、逆でもよい。また、本実施形態において、非晶質半導体膜１０２の全体を結晶化することなく、その一部のみを結晶化してもよい。非晶質半導体膜１０２の結晶化はレーザ照射室（図示せず）内で行われる。例えば、レーザ照射室内の気圧は１気圧であり、レーザ照射室内の雰囲気中の酸素濃度は２０％、他の分子の濃度は８０％で、通常の大気と同じである。
【００４７】
結晶化レーザビームＬＡの照射によって非晶質半導体膜１０２を結晶化した結晶質半導体膜１０３が得られるが、この結晶化に伴い、結晶質半導体膜１０３の表面にリッジが形成されるとともに、結晶質半導体膜１０３の表面上に酸化層１０４が形成される。例えば、非晶質珪素膜１０２の厚さが５０ｎｍである場合、結晶化が行われた結晶質半導体膜１０３の表面には高さ６０ｎｍ程度のリッジがランダムにあるいは３００ｎｍ程度の周期で直線状に並んで形成されることが多い。結晶質半導体膜１０３において、表面粗さを示すＲａ値は８ｎｍである。
【００４８】
次いで、図１（ｃ）および図１（ｄ）に示すように、結晶化工程に連続して結晶質半導体膜１０３にレーザビームＬＢ１、ＬＢ２を順次照射することにより、結晶質半導体膜１０３の表面を平坦化する。平坦化を行うことにより、結晶質半導体膜１０３の表面に形成されたリッジが平坦化される。本明細書の以下の説明において、このように平坦化を行う工程を平坦化工程とも称する。また、平坦化工程において用いられるレーザビームＬＢ１、ＬＢ２を平坦化レーザビームと称することがある。平坦化レーザビームＬＢ１、ＬＢ２として、例えば、結晶化工程において用いたエキシマーレーザビームのエネルギー密度を低下させたものを用いてもよい。
【００４９】
なお、平坦化工程では、結晶質半導体膜１０３に平坦化レーザビームＬＢ１、ＬＢ２を照射しながら、結晶質半導体膜１０３に対して平坦化レーザビームＬＢ１、ＬＢ２を相対的に走査する。ここでも、平坦化レーザビームＬＢ１、ＬＢ２のビーム源を固定して結晶質半導体膜１０３が設けられた基板を移動させて走査を行うが、逆でもよい。
【００５０】
平坦化レーザビームＬＢ１、ＬＢ２は、結晶質半導体膜１０３を部分的に溶融させるエネルギー密度を有している。平坦化レーザビームＬＢ１、ＬＢ２のエネルギー密度が結晶質半導体膜を完全に溶融するようなエネルギー密度であると、結晶質半導体膜は再溶融して、結晶質半導体膜を得た結晶化工程が無意味になってしまい、好ましくない。
【００５１】
本実施形態では、レーザ照射室内の雰囲気中の元素組成および気圧を結晶化工程のときと変更することなく平坦化工程を行う。また、本実施形態では、特許文献２に開示されている方法とは異なり、結晶化工程の後、酸化層１０４を除去することなく平坦化工程を行う。本実施形態では、平坦化工程を行う前、結晶質半導体膜１０３の表面には高さ６０ｎｍ程度のリッジが形成されていたのに対して、以下に示すように平坦化を行うことにより、酸化層１０４を除去しなくても、結晶質半導体膜１０３の表面のリッジを高さ２０ｎｍ程度まで低減させることができ、Ｒａ値を３ｎｍ程度に低減させることができる。
【００５２】
以下、本実施形態における平坦化工程を説明する。
【００５３】
まず、図１（ｃ）に示すように、結晶質半導体膜１０３にレーザビームＬＢ１を複数の単位領域に照射する。以下の説明において、このレーザビームＬＢ１を第１平坦化レーザビームと称することがあり、第１平坦化レーザビームＬＢ１を用いて平坦化を行う工程を第１平坦化工程とも称することがある。また、第１平坦化レーザビームＬＢ１によって照射される単位領域を第１単位領域と称することがある。第１平坦化レーザビームＬＢ１のエネルギー密度は、結晶質半導体膜１０３を部分的に溶融させるエネルギー密度であり、例えば、３６０ｍＪ／ｃｍ2である。
【００５４】
図２に、第１平坦化レーザビームＬＢ１によって照射された結晶質半導体膜１０３の表面を示す。図２に示すように、第１平坦化レーザビームＬＢ１によって照射された複数の第１単位領域１５１のそれぞれは、結晶質半導体膜１０３の表面の法線方向からみて一辺６μｍの正三角形形状を有しており、複数の第１単位領域１５１はパターン状に規則的に配列されている。これにより、第１単位領域１５１の角のみが、隣接する第１単位領域１５１の角と重なり、第１単位領域１５１の辺は、隣接する第１単位領域１５１の辺と重なっていない。
【００５５】
図２には、また、第１平坦化レーザビームＬＢ１によって照射されなかった非照射領域１５２を斜線で示している。ここでは、各非照射領域１５２は、第１単位領域１５１と同じ大きさの正三角形形状を有しており、複数の非照射領域１５２はパターン状に規則的に配列されている。複数の第１単位領域１５１と複数の非照射領域１５２とは、斑模様を形成するように配列されている。
【００５６】
第１平坦化レーザビームＬＢ１はレーザ照射装置内に設置されたマスク（図示せず）を用いて以下に示すように成形される。マスクの全体の大きさは、例えば６０ｍｍ×６０ｍｍの正方形であり、マスクの透光領域および遮光領域は、図２に示した第１単位領域１５１と非照射領域１５２と同様の形状を有している。マスクの透光領域および遮光領域の一辺の長さは、例えば、３０μｍであり、レンズにより試料表面上では１／５のサイズに縮小される。即ち、１回の照射によって全体で１２ｍｍ×１２ｍｍの領域が照射され、個々の正三角形の一辺の長さは６μｍとなる。マスクは、例えば、一般的なフォトリソ工程で使われるフォトマスクと同様にクロムを用いて作製されている。このように設置されたマスクは、ビーム源（図示せず）から出射されたレーザビームの一部を透過して、それにより、第１平坦化レーザビームＬＢ１が形成される。なお、第１平坦化レーザビームＬＢ１は、結晶質半導体膜１０３に対してＸ方向またはＹ方向に１２ｍｍずつずらして走査する。
【００５７】
図３に、第１平坦化レーザビームＬＢ１の照射によって第１単位領域１５１に形成されたリッジ１５５を示す。第１平坦化レーザビームＬＢ１を照射することにより、結晶化レーザビームＬＡの照射によって形成されたリッジは消え、その代わりに、図３に示すように、正三角形の各角から中心に向かって高さ２０ｎｍのリッジ１５５が形成される。正三角形の中心にあるリッジ１５５の交点には、頂点１５６が存在しており、その高さは３０ｎｍである。
【００５８】
このように正三角形の角から中心に向かってリッジが形成されるのは、第１平坦化レーザビームＬＢ１によって照射された第１単位領域１５１内で、溶融、固化する速さが異なるからである。具体的には、第１平坦化レーザビームＬＢ１を照射すると、第１単位領域１５１は第１平坦化レーザビームＬＢ１のエネルギーを吸収して部分的に溶融状態になる。第１単位領域１５１の正三角形の各辺は非照射領域１５２と接しているため、正三角形の各辺から非照射領域１５２へと熱が伝達する。このため、第１単位領域１５１の温度は、正三角形の中心よりも各辺の方が急速に低下し、正三角形の各辺から固化が開始し、固化は正三角形の各辺から中心に向かって順番に進行する。それに伴い、リッジ１５５は、正三角形の角から中心に向かって形成されていき、第１単位領域１５１の中心近傍で頂点１５６を形成する。
【００５９】
以上のように、第１平坦化レーザビームＬＢ１の照射によってリッジ１５５が形成されるが、その頂点１５６でも高さは３０ｎｍ程度であり、第１単位領域１５１では、第１平坦化レーザビームＬＢ１を照射する前の高さ６０ｎｍのリッジと比べると平坦化される。
【００６０】
次に、図１（ｄ）に示すように、結晶質半導体膜１０３の複数の単位領域にレーザビームＬＢ２を照射する。以下の説明において、このレーザビームＬＢ２を第２平坦化レーザビームと称することがあり、第２平坦化レーザビームＬＢ２を用いて平坦化を行う工程を第２平坦化工程とも称することがある。また、第２平坦化レーザビームＬＢ２によって照射される単位領域を第２単位領域と称することがある。
【００６１】
第２平坦化レーザビームＬＢ２は、例えば、第１平坦化工程において用いたエキシマーレーザビームである。また、第２平坦化レーザビームＬＢ２のエネルギー密度も、結晶質半導体膜１０３を部分的に溶融させるエネルギー密度であり、例えば、３６０ｍＪ／ｃｍ2である。第２平坦化レーザビームＬＢ２の照射は、第１平坦化レーザビームＬＢ１を照射したときとレーザ照射室内の雰囲気および気圧を変更することなく行われる。
【００６２】
図４に、第２平坦化レーザビームＬＢ２によって照射された結晶質半導体膜１０３の表面を示す。図４に示すように、第２平坦化レーザビームＬＢ２によって照射された複数の第２単位領域１６１のそれぞれは、結晶質半導体膜１０３の表面の法線方向からみて一辺６μｍの正三角形形状を有しており、複数の第２単位領域１６１はパターン状に規則的に配列されている。
【００６３】
図４には、また、第２平坦化レーザビームＬＢ２によって照射されなかった非照射領域１６２を斜線で示している。各非照射領域１６２は、第２単位領域１６１と同じ大きさの正三角形形状を有しており、複数の非照射領域１６２は、パターン状に規則的に配列されている。複数の第２単位領域１６１と複数の非照射領域１６２とは、斑模様を形成するように規則的に配列されている。
【００６４】
なお、第２単位領域１６１は、第１平坦化工程において第１平坦化レーザビームＬＢ１によって照射されなかった正三角形形状の非照射領域１５２（図２参照）と同じ位置に配列されており、したがって、第２単位領域１６１の大きさは、第１平坦化工程における第１単位領域１５１の大きさと等しい。
【００６５】
第２平坦化レーザビームＬＢ２はレーザ照射装置内に設置されたマスク（図示せず）を用いて成形される。なお、このマスクは、第１平坦化工程において用いたマスクと同じパターンを有している。また、本実施形態において、第１および第２平坦化工程において用いられるマスクと結晶質半導体膜１０３とのアライメントは、基板周囲に別途設けたアライメントパターンを用いて行われる。第２平坦化レーザビームＬＢ２によって、第２単位領域１６１にも、図３と同様のリッジが形成される。
【００６６】
図５に、第２平坦化レーザビームＬＢ２の照射後に結晶質半導体膜１０３に形成されているリッジ１６５を示す。リッジ１６５は、第１、第２平坦化レーザビームＬＢ１、ＬＢ２の照射によって形成される。図５には、参考のために、１つの第１単位領域１５１と１つの第２単位領域１６１とを破線で示している。
【００６７】
図５に示すように、第１平坦化レーザビームＬＢ１の照射によって形成されたリッジ１６５は、第１単位領域１５１の正三角形の中心を高さ３０ｎｍの頂点１６６とし、頂点１６６と正三角形の各角を結ぶように形成されている。また、第２平坦化レーザビームＬＢ２によって形成されたリッジ１６５は、同様に第２単位領域１６１の正三角形の中心の位置を頂点１６６として、頂点１６６と正三角形の各角との間を結ぶように形成されている。
【００６８】
以上のように、本実施形態では、平坦化レーザビームＬＢ１により、ある範囲内の半分を平坦化し、第２平坦化レーザビームＬＢ２により、その範囲内において平坦化レーザビームＬＢ１によって照射されなかった領域を平坦化している。大きなビームスポットを有するレーザビームを半導体膜に照射すると、リッジがランダムに形成され、その結果、高い頂点が形成されて、平坦化が十分に行われないおそれがあるが、本実施形態では、第１平坦化レーザビームＬＢ１の照射によって第１単位領域１５１を平坦化し、次いで、第２平坦化レーザビームＬＢ２の照射によって第２単位領域１６１を平坦化しているので、リッジ１６５がランダムに形成されることを抑制することができ、特許文献２に開示されている製造方法のように酸化層を除去しなくても十分に平坦化された結晶質半導体膜１０３を得ることができる。また、結晶化工程に連続して平坦化工程を行うことにより、製造工程および製造時間を増加させることなく、平坦化された結晶質半導体膜１０３を製造することができる。また、酸化層を除去しなくても平坦化することができるので、接続不良の発生を抑制することができる。
【００６９】
なお、上述した説明では、半導体膜は珪素膜であったが、本発明はこれに限定されない。半導体膜は、ゲルマニウム膜あるいはゲルマニウムと珪素との混成膜（シリコン・ゲルマニウム膜）であってもよい。
【００７０】
また、上述した説明では、第１、第２単位領域１５１、１６１の一辺の長さは６μｍであったが、本発明はこれに限定されない。ただし、第１、第２単位領域１５１、１６１の一辺の長さは１．０μｍ以上６．９μｍ以下であることが望ましい。１．０μｍ未満では正三角形を解像するのが困難である。また、６．９μｍよりも大きいと各辺から連続的に固化よりも早く中心付近でランダムな固化が起こり、その結果、中心付近ではランダムなリッジが形成され平坦化が不十分となる場合がある。なお、正三角形の一辺の長さが１．０μｍ以上６．９μｍ以下である場合、正三角形の中心と各辺との距離は０．２９μｍ以上２．０μｍ以下である。
【００７１】
また、上述した説明では、第１単位領域１５１および第２単位領域１６１は正三角形形状を有していたが、本発明はこれに限定されない。ただし、第１、第２単位領域１５１、１６１は、２回の平坦化レーザビームの照射によって結晶質半導体膜１０４の全面の平坦化が行うことができるように、結晶質半導体膜１０３の表面の法線方向からみて正多角形形状であることが好ましい。また、この場合、正多角形の中心と各辺との距離は２μｍ以下あることが好ましく、また正多角形の各辺の長さは１．０μｍ以上であることが好ましい。辺の長さが１．０μｍ未満であると正確に解像できないおそれがあるからである。
【００７２】
また、上述した説明では、第２単位領域１６１は、第１平坦化工程における非照射領域１５２と同じ領域であったが、第２単位領域１６１は、第１単位領域１５１と少なくとも一部異なる領域であってもよい。第２単位領域１６１は、マスクを変更または移動させることにより、容易に変更することが可能である。
【００７３】
以下、図６を参照して、上述した方法で得られた半導体膜１０３を用いたＴＦＴの製造方法を説明する。
【００７４】
石英基板１０１上に形成された半導体膜１０３にレジスト塗布、露光、現像といった通常のフォトリソグラフィ工程を行うことにより、図６（ａ）に示すように、半導体膜１０３を領域１０５、領域１０６、領域１０７にパターニングする。領域１０５、１０６、１０７は、それぞれＴＦＴのソース領域、チャネル領域、ドレイン領域となる。なお、ここでは、図１に示した酸化層１０４を示していない。
【００７５】
図６（ｂ）に示すように、常圧化学気相成長（Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＰＣＶＤ）法によって、半導体膜を被覆するように酸化膜からなる厚さ５０ｎｍ程度のゲート絶縁膜１１２を形成する。なお、厳密には、結晶化工程によって形成された酸化層１０４（図１参照）が半導体膜上に残存しているため、この酸化層１０４上にゲート絶縁膜１１２が形成される。次いで、図６（ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜１１２上に厚さ３００ｎｍ程度のアルミニウムからなる導電膜１１４を形成する。
【００７６】
図６（ｄ）に示すように、導電膜１１４をパターニングすることにより、ゲート電極１１４’を形成した後、ｐ型ＴＦＴを作製する場合は、このゲート電極１１４’をマスクとして、ソ−ス／ドレイン領域１０５、１０７にボロンイオンを注入する。次いで、図６（ｅ）に示すように、パターニングされたゲート電極１１４’を含む石英基板１０１上全面に、厚さ５００ｎｍの酸化膜をＡＰＣＶＤ法で堆積することにより、層間絶縁膜１１６を形成する。
【００７７】
図６（ｆ）に示すように、ソ−ス／ドレイン領域１０５、１０７上の層間絶縁膜１１６にコンタクトホ−ルを形成し、スパッタ法によってコンタクトホ−ルに導電材料を堆積して、この導電材料をパターニングすることで、ソ−ス／ドレイン領域１０５、１０７とオ−ミック接触する引き出し電極１１８を形成する。以上のようにしてＴＦＴが作製される。また、このＴＦＴをスイッチング素子として用いた半導体装置がさらに作製される。
【００７８】
以上のように作製された半導体装置では、表面が平坦化された半導体膜を用いているため、ゲート絶縁膜が薄くても、各ＴＦＴのゲート絶縁膜の厚さを均一にしてＴＦＴの電気特性を均一化することができ、絶縁不良を抑制することができる。
【００７９】
なお、上述したようにｐ型ＴＦＴを作製し、そのキャリア移動度を測定したところ、１５０ｃｍ2／Ｖ・ｓの値が得られた。また、ゲート絶縁膜１１２は厚さ５０ｎｍであったが、絶縁不良などは起こらなかった。
【００８０】
（実施形態２）
以下、図７から図１３を参照して、本発明による半導体膜の製造方法の第２実施形態を説明する。
【００８１】
本実施形態の製造方法は、平坦化工程においてレーザビームを３回照射する点で実施形態１の製造方法とは異なる。以下の説明では、冗長さを避けるために、実施形態１と重複する説明を省略する。
【００８２】
まず、図７（ａ）に示すように、Ｓｉ2Ｈ6ガスを用いた減圧ＣＶＤ法により、石英基板２０１上に厚さ５０ｎｍの非晶質珪素膜２０２を形成する。
【００８３】
次に、図７（ｂ）に示すように、非晶質珪素膜２０２に結晶化レーザビームＬＡを照射して非晶質珪素膜２０２を結晶化する。ここでは、結晶化レーザビームＬＡとしてエキシマーレーザビームを用いる。結晶化レーザビームＬＡは、短辺４００μｍ、長辺４５０ｍｍに成形されており、結晶化レーザビームＬＡは、１回照射する毎に同じ方向に２０μｍずつ走査する。また、結晶化レーザビームＬＡのエネルギー密度は３８０ｍＪ／ｃｍ2である。結晶化工程はレーザ照射室内で行われ、レーザ照射室内の雰囲気中の酸素濃度は２０％、他の分子の濃度は８０％で、通常の大気と同じである。
【００８４】
結晶化レーザビームＬＡの照射によって非晶質珪素膜２０２を結晶化した多結晶珪素膜２０３が得られるが、この結晶化に伴い、多結晶珪素膜２０３の表面に多数のリッジが形成されるとともに、多結晶珪素膜２０３の表面上に酸化層２０４が形成される。例えば、非晶質珪素膜２０２の厚さが５０ｎｍである場合、多結晶珪素膜２０３の表面には高さ６０ｎｍ程度のリッジが形成される。多結晶珪素膜２０３のＲａ値は８ｎｍである。
【００８５】
次に、図７（ｃ）に示すように、多結晶珪素膜２０３の複数の第１単位領域に第１平坦化レーザビームＬＢ１を照射する。第１平坦化レーザビームＬＢ１の照射は、結晶化工程に連続して行われる。例えば、第１平坦化レーザビームＬＢ１の照射は、結晶化レーザビームＬＡを照射するときとレーザ照射室内の雰囲気および気圧を変更することなく、また、結晶化レーザビームＬＡの照射後に多結晶珪素膜２０３の表面上に形成された酸化層２０４を除去することなく、行われる。第１平坦化レーザビームＬＢ１のエネルギー密度は、多結晶珪素膜２０３を部分的に溶融させるエネルギー密度であり、例えば、３６０ｍＪ／ｃｍ2である。第１平坦化レーザビームＬＢ１はレーザ照射装置内に設置されたマスク（図示せず）を用いて成形される。
【００８６】
図８に、第１平坦化レーザビームＬＢ１によって照射された多結晶珪素膜２０３の表面を示す。図８に示すように、第１平坦化レーザビームＬＢ１によって照射された複数の第１単位領域２５１のそれぞれは、多結晶珪素膜２０３の表面の法線方向からみて一辺４μｍの正方形形状を有しており、複数の第１単位領域２５１はパターン状に規則的に配列されている。これにより、第１単位領域２５１の角のみが、隣接する第１単位領域２５１と重なり、第１単位領域２５１の辺は、隣接する第１単位領域２５１と重ならない。なお、正方形の一辺の長さは４μｍであることから、正方形の中心と各辺との距離は２μｍである。
【００８７】
図８には、また、第１平坦化レーザビームＬＢ１によって照射されなかった非照射領域２５２を斜線で示している。各非照射領域２５２は、第１単位領域２５１と同じ大きさの正方形形状を有しており、複数の非照射領域２５２はパターン状に規則的に配列されている。複数の第１単位領域２５１と複数の非照射領域２５２とは、斑模様を形成するように規則的に配列されている。
【００８８】
図９に、第１平坦化レーザビームＬＢ１の照射によって第１単位領域２５１に形成されたリッジ２５５を示す。図９に示すように、正方形の中心にあるリッジ２５５の交点には、頂点２５６が存在しており、その高さは３０ｎｍである。
【００８９】
図９に示すように、リッジ２５５は、正方形の角から中心に向かってリッジが形成されている。これは、第１平坦化レーザビームＬＢ１によって照射された第１単位領域２５１内で、溶融、固化する速さが異なるからである。具体的には、第１平坦化レーザビームＬＢ１を照射すると、第１単位領域２５１は第１平坦化レーザビームＬＢ１のエネルギーを吸収して部分的に溶融状態になる。第１単位領域２５１の正方形の各辺は非照射領域２５２と接しているため、正方形の各辺から非照射領域２５２へと熱が伝達する。このため、第１単位領域２５１の温度は、正方形の中心よりも各辺の方が急速に低下し、正方形の各辺から固化が開始し、固化は正方形の各辺から中心に向かって順番に進行する。それに伴い、リッジ２５５は、正方形の角から中心に向かって形成されていき、第１単位領域２５１の中心近傍で頂点２５６を形成する。
【００９０】
次に、図７（ｄ）に示すように、多結晶珪素膜２０３の複数の第２単位領域に第２平坦化レーザビームＬＢ２を照射する。第２平坦化レーザビームＬＢ２のエネルギー密度は、例えば、３６０ｍＪ／ｃｍ2である。
【００９１】
図１０に、第２平坦化レーザビームＬＢ２によって照射された多結晶珪素膜２０３の表面を示す。図１０に示すように、第２平坦化レーザビームＬＢ２によって照射された複数の第２単位領域２６１のそれぞれは、多結晶珪素膜２０３の表面の法線方向からみて一辺４μｍの正方形形状を有しており、複数の第２単位領域２６１はパターン状に規則的に配列されている。図１０には、また、第２平坦化レーザビームＬＢ２によって照射されなかった非照射領域２６２を斜線で示している。各非照射領域２６２は、第２単位領域２６１と同じ大きさの正方形形状を有しており、複数の非照射領域２６２は、パターン状に規則的に配列されている。複数の第２単位領域２６１と複数の非照射領域２６２とは、斑模様を形成するように規則的に配列されている。
【００９２】
第２単位領域２６１は、第１平坦化工程において第１平坦化レーザビームＬＢ１によって照射されなかった正方形形状の非照射領域２５２（図９参照）と同じ位置に配列されており、したがって、第２単位領域２６１の大きさは、第１平坦化工程における第１単位領域２５１の大きさと等しい。第２平坦化レーザビームＬＢ２はレーザ照射装置内に設置されたマスク（図示せず）を用いて成形される。第２平坦化レーザビームＬＢ２により、第２単位領域２６１にも、図９に示した第１単位領域２５１と同様にリッジが形成される。
【００９３】
なお、上述したように、第１平坦化レーザビームＬＢ１および第２平坦化レーザビームＬＢ２を照射することにより、多結晶珪素膜２０３の表面は全体的に平坦化されるが、第１平坦化レーザビームＬＢ１および第２平坦化レーザビームＬＢ２の照射により、多結晶珪素膜２０３の表面には低いリッジが形成されている。
【００９４】
図１１に、第２平坦化レーザビームＬＢ２の照射後に多結晶珪素膜２０３に形成されているリッジ２６５を示す。リッジ２６５は、第１平坦化レーザビームＬＢ１および第２平坦化レーザビームＬＢ２の照射によって形成される。図１１には、参考のために、１つの第１単位領域２５１および１つの第２単位領域２６１を破線で示している。図１１に示すように、リッジ２６５は、第１、第２単位領域２５１、２６１の正方形から４５度傾いた一辺２．８μｍの正方形形状に形成されている。
【００９５】
次いで、図７（ｅ）に示すように、複数の単位領域にレーザビームＬＢ３を照射する。これにより、多結晶珪素膜２０３の表面をさらに平坦化することができる。このレーザビームＬＢ３を第３平坦化レーザビームとも称することがあり、第３平坦化レーザビームＬＢ３を用いて平坦化を行う工程を第３平坦化工程とも称することがある。また、第３平坦化レーザビームＬＢ３によって照射される単位領域を第３単位領域と称することがある。
【００９６】
ここでは、第３平坦化レーザビームＬＢ３として、第２平坦化レーザビームＬＢ２と同様のエキシマーレーザビームを用いている。第３平坦化レーザビームＬＢ３のエネルギー密度は、多結晶珪素膜２０３を部分的に溶融させるエネルギー密度であり、例えば、３５０ｍＪ／ｃｍ2である。第３平坦化レーザビームＬＢ３では、第２平坦化レーザビームＬＢ２よりもエネルギー密度を低下させている。第３平坦化レーザビームＬＢ３はレーザ照射装置内に設置されたマスク（図示せず）を用いて成形される。
【００９７】
図１２は、第３平坦化レーザビームＬＢ３によって照射された多結晶珪素膜２０３の表面を示す。図１２に示すように、第３平坦化レーザビームＬＢ３によって照射された複数の第３単位領域２７１のそれぞれは、多結晶珪素膜２０３の表面の法線方向からみて一辺３．２μｍの正方形形状を有しており、複数の第３単位領域２７１は、隣接する第３単位領域２７１の角付近が互いに重なるようにパターン状に規則的に配列されている。
【００９８】
図１２には、図１１を参照して説明した第３平坦化レーザビームＬＢ３を照射する前のリッジ２６５を破線で示しているが、図１２に示すように、各第３単位領域２７１は、一辺２．８μｍのリッジ２６５で囲まれた正方形を含むように配列されている。図１２には、また、第３平坦化レーザビームＬＢ３によって照射されなかった非照射領域２７２を斜線で示している。各非照射領域２７２は、第３単位領域２７１よりも小さい一辺２．４μｍの正方形形状を有しており、複数の非照射領域２７２は、隣接する非照射領域２７２と互いに接しないようにパターン状に規則的に配列されている。複数の第３単位領域２７１と複数の非照射領域２７２とは、斑模様を形成するように規則的に配列されている。
【００９９】
図１３に、第３平坦化レーザビームＬＢ３の照射によって多結晶珪素膜２０３に形成されたリッジ２７５を示す。図１３に示すように、第３平坦化レーザビームＬＢ３の照射により、第２平坦化レーザビームＬＢ２の照射により形成されたリッジ２６５（図１１参照）がなくなり、その代わりに、リッジ２７５が形成される。第３平坦化レーザビームＬＢ３の照射によって形成されたリッジ２７５の高さは１０ｎｍであり、また、その頂点２７６でも高さ１５ｎｍであり、第３平坦化レーザビームＬＢ３を照射する前の高さ３０ｎｍの頂点２６６よりもさらに平坦化される。
【０１００】
ここで、第３平坦化レーザビームＬＢ３の照射により、多結晶珪素膜２０３の表面がさらに平坦化された理由を説明する。
【０１０１】
図１２から理解されるように、第３単位領域２７１は、第２平坦化レーザビームＬＢ２の照射によって形成されたリッジ２６５を含んでおり、また、第３単位領域２７１は、リッジ２６５およびその頂点２６６が、第３単位領域２７１の正方形の中心以外の位置、例えば、第３単位領域２７１の正方形内の比較的外側に位置するように、配列されている。第３平坦化レーザビームＬＢ３を照射すると、第３単位領域２７１は第３平坦化レーザビームＬＢ３のエネルギーを吸収して部分的に溶融状態になる。第３単位領域２７１の正方形の各辺は非照射領域２７２と接しているため、正方形の各辺から非照射領域２７２へと熱が伝達する。このため、第３単位領域２７１の温度は、正方形の中心よりも各辺の方が急速に低下し、正方形の各辺から固化が開始し、固化は正方形の各辺から中心に向かって順番に進行していき、リッジ２７５は、正方形の角から正方形の中心に向かって形成されていき、第３単位領域２７１の正方形の中心近傍で頂点２７６を形成する。
【０１０２】
第３平坦化工程において、第３単位領域２７１の正方形内の比較的外側にあるリッジ２６５付近から固化が始まるため、リッジ２６５を形成していた珪素原子が新たに形成されるリッジ２７５まで充分に移動できず、また、第３平坦化レーザビームＬＢ３の照射される前には低い部分に、第３平坦化レーザビームＬＢ３の照射によってリッジ２７５の頂点２７６が形成される。したがって、第３平坦化レーザビームＬＢ３の照射によって形成されたリッジ２７５の高さを、第３平坦化レーザビームＬＢ３を照射する前に形成されていたリッジ２６５よりも低くすることができる。
【０１０３】
なお、上述した説明では、第１、第２平坦化レーザビームＬＢ１、ＬＢ２による第１、第２単位領域２５１、２６１における正方形の一辺は４μｍであったが、正方形の一辺が４μｍ以下であっても同様の平坦な多結晶珪素膜を得ることができる。ただし、一辺の長さは１．０μｍ以上であることが好ましい。一辺の長さが１．０μｍ未満であると正確に解像できないおそれがあるからである。
【０１０４】
以下、図１４を参照して、上述した方法で得られた多結晶珪素膜２０３を用いたＴＦＴの製造方法を説明する。
【０１０５】
石英基板２０１上に形成された多結晶珪素膜２０３にレジスト塗布、露光、現像といった通常のフォトリソグラフィ工程を行うことにより、図１４（ａ）に示すように、多結晶珪素膜２０３を領域２０５、領域２０６、領域２０７にパターニングする。領域２０５、２０６、２０７は、それぞれＴＦＴのソース領域、チャネル領域、ドレイン領域となる。
【０１０６】
図１４（ｂ）に示すように、ＡＰＣＶＤ法によって、多結晶珪素膜２０３を被覆するように、酸化膜からなる厚さ４５ｎｍ程度のゲート絶縁膜２１２を形成する。次いで、図１４（ｃ）に示すようにゲート絶縁膜２１２上に厚さ３００ｎｍ程度のアルミニウムからなる導電膜２１４を形成する。
【０１０７】
図１４（ｄ）に示すように、導電膜２１４をパターニングしてゲート電極２１４’を形成し、ｐ型ＴＦＴを作製する場合は、このゲート電極２１４’をマスクとして、ソ−ス／ドレイン領域２０５、２０７にボロンイオンを注入する。次いで、図１４（ｅ）に示すように、ゲート電極２１４’を含む石英基板２０１上全面に、厚さ５００ｎｍの酸化膜をＡＰＣＶＤ法で堆積することにより、層間絶縁膜２１６を形成する。
【０１０８】
図１４（ｆ）に示すように、ソ−ス／ドレイン領域２０５、２０７上の層間絶縁膜２１６にコンタクトホ−ルを形成し、スパッタ法によってコンタクトホ−ルに導電材料を堆積して、この導電材料をパターニングすることで、ソ−ス／ドレイン領域２０５、２０７とオ−ミック接触する引き出し電極２１８を形成する。以上のようにして、ＴＦＴが作製される。また、このＴＦＴをスイッチング素子として用いた半導体装置がさらに作製される。
【０１０９】
なお、上述したようにｐ型ＴＦＴを作製し、そのキャリア移動度を測定したところ、１８０ｃｍ2／Ｖ・ｓの値が得られた。ゲート絶縁膜２１２の厚さは４５ｎｍであったが、絶縁不良などは起こらなかった。
【０１１０】
（実施形態３）
以下、図１５から図２１を参照して、本発明による半導体膜の製造方法の第３実施形態を説明する。
【０１１１】
本実施形態の製造方法は、第１平坦化レーザビームによって照射された領域と一部重なる領域に第２平坦化レーザビームを照射する点で上述した実施形態の製造方法とは異なる。以下の説明では、冗長さを避けるために、上述した実施形態と重複する説明を省略する。
【０１１２】
まず、図１５（ａ）に示すように、Ｓｉ2Ｈ6ガスを用いた減圧ＣＶＤ法により、石英基板３０１上に厚さ５０ｎｍの非晶質珪素膜３０２を形成する。
【０１１３】
次に、図１５（ｂ）に示すように、非晶質珪素膜３０２に結晶化レーザビームＬＡを照射して非晶質珪素膜３０２を結晶化する。ここでは、結晶化レーザビームＬＡとしてエキシマーレーザビームを用いる。結晶化レーザビームＬＡは、短辺４００μｍ、長辺４５０ｍｍに成形されており、結晶化レーザビームＬＡは、１回照射する毎に同じ方向に２０μｍずつ走査する。また、結晶化レーザビームＬＡのエネルギー密度は３８０ｍＪ／ｃｍ2である。結晶化工程はレーザ照射室内で行われ、レーザ照射室内の気圧は１気圧であり、レーザ照射室内の雰囲気中の酸素濃度は２０％、他の分子の濃度は８０％で、通常の大気と同じである。
【０１１４】
結晶化レーザビームＬＡを照射することによって非晶質珪素膜３０２を結晶化した多結晶珪素膜３０３が得られるが、この結晶化に伴い、多結晶珪素膜３０３の表面に多数のリッジが形成されるとともに、多結晶珪素膜３０３の表面上に酸化層３０４が形成される。例えば、非晶質珪素膜３０２の厚さが５０ｎｍである場合、多結晶珪素膜３０３の表面には高さ６０ｎｍ程度のリッジが形成される。多結晶珪素膜３０３のＲａ値は８ｎｍである。
【０１１５】
次に、図１５（ｃ）に示すように、結晶化工程に連続して、多結晶珪素膜３０３の複数の第１単位領域に第１平坦化レーザビームＬＢ１を照射する。第１平坦化レーザビームのエネルギー密度は、多結晶珪素膜３０３を部分的に溶融させるエネルギー密度であり、例えば、３６０ｍＪ／ｃｍ2である。第１平坦化レーザビームＬＢ１はレーザ照射装置内に設置されたマスク（図示せず）を用いて成形される。例えば、第１平坦化レーザビームＬＢ１の照射は、結晶化レーザビームＬＡの照射後に多結晶珪素膜３０３の表面上に形成された酸化層３０４を除去することなく、また、結晶化レーザビームＬＡの照射のときとレーザ処理室内の気圧および雰囲気を変更することなく、行う。
【０１１６】
図１６に、第１平坦化レーザビームＬＢ１によって照射された多結晶珪素膜３０３の表面を示す。図１６に示すように、第１平坦化レーザビームＬＢ１によって照射された複数の第１単位領域３５１のそれぞれは、多結晶珪素膜３０３の表面の法線方向からみて一辺２．３μｍの正六角形形状を有しており、複数の第１単位領域３５１はパターン状に規則的に配列されている。これにより、第１単位領域３５１の角のみが、隣接する第１単位領域３５１と重なり、第１単位領域３５１の辺は、隣接する第１単位領域３５１と重ならない。なお、正六角形の一辺の長さは２．３μｍであることから、正方形の中心と各辺との距離は２μｍである。
【０１１７】
図１６には、また、第１平坦化レーザビームＬＢ１によって照射されなかった非照射領域３５２を斜線で示している。各非照射領域３５２は、多結晶珪素膜３０３の表面の法線方向からみて一辺２．３μｍの正三角形形状を有しており、複数の非照射領域３５２は、パターン状に規則的に配列されている。
【０１１８】
図１７に、第１平坦化レーザビームＬＢ１の照射によって第１単位領域３５１に形成されたリッジ３５５を示す。図１７に示すように、正六角形の各角から中心に向かって高さ２０ｎｍのリッジ３５５が形成され、その交点には、高さ３０ｎｍの頂点３５６が形成される。
【０１１９】
図１７に示すように、リッジ３５５は、正六角形の角から中心に向かってリッジが形成されている。これは、第１平坦化レーザビームＬＢ１によって照射された第１単位領域３５１内で、溶融、固化する速さが異なるからである。具体的には、第１平坦化レーザビームＬＢ１を照射すると、第１単位領域３５１は第１平坦化レーザビームＬＢ１のエネルギーを吸収して部分的に溶融状態になる。第１単位領域３５１の正六角形の各辺は非照射領域３５２と接しているため、正六角形の各辺から非照射領域３５２へと熱が伝達する。このため、第１単位領域３５１の温度は、正六角形の中心よりも各辺の方が急速に低下し、正六角形の各辺から固化が開始し、固化は正六角形の各辺から中心に向かって順番に進行する。それに伴い、リッジ３５５は、正六角形の角から中心に向かって形成されていき、第１単位領域３５１の中心近傍で頂点３５６を形成する。
【０１２０】
次いで、図１５（ｄ）に示すように、多結晶珪素膜３０３の複数の第２単位領域にレーザビームＬＢ２を照射する。第２平坦化レーザビームＬＢ２のエネルギー密度は３６０ｍＪ／ｃｍ2である。
【０１２１】
図１８に、第２平坦化レーザビームＬＢ２によって照射された多結晶珪素膜３０３の表面を示す。図１８に示すように、第２平坦化レーザビームＬＢ２によって照射された複数の第２単位領域３６１のそれぞれは、多結晶珪素膜３０３の表面の法線方向からみて一辺２．３μｍの正六角形形状を有しており、複数の第２単位領域３６１はパターン状に規則的に配列されている。
【０１２２】
図１８には、また、第２平坦化レーザビームＬＢ２によって照射されなかった非照射領域３６２を斜線で示している。各非照射領域３６２は、一辺２．３μｍの正三角形形状を有しており、複数の非照射領域３６２はパターン状に規則的に配列されている。
【０１２３】
第２単位領域３６１は、第１単位領域３５１（図１６参照）と同じ大きさでかつ同様の六角形形状を有しており、各第２単位領域３６１は、各第１単位領域３５１を右方向に正六角形の一辺と同じ長さ、すなわち、２．３μｍだけ移動した領域である。第２平坦化レーザビームＬＢ２はレーザ照射装置内に設置されたマスク（図示せず）を用いて成形される。なお、このマスクは、第１平坦化工程において用いたマスクを多結晶珪素膜３０３に対して相対的に正六角形のいずれか一辺の方向に一辺と同じ長さ、すなわち２．３μｍだけ移動させたものである。
【０１２４】
第２単位領域３６１にも、図１７に示した第１単位領域３５１と同様にリッジが形成される。ただし、第２単位領域３６１は、第１単位領域３５１と一部重なっているため、第２平坦化レーザビームＬＢ２の照射により、第１平坦化レーザビームＬＢ１の照射によって形成されたリッジ３５５が消えて、リッジが新たに形成される。
【０１２５】
図１９に、第２平坦化レーザビームＬＢ２の照射によって多結晶珪素膜３０３に形成されたリッジ３６５を示す。図１９には、第２単位領域３６１を破線で示している。
【０１２６】
第２平坦化レーザビームＬＢ２の照射により、多結晶珪素膜３０３の表面には、一辺４．６μｍの正三角形を形成する高さ２０ｎｍのリッジ３６５が形成され、その正三角形の角には高さ３０ｎｍの頂点３６６が存在する。図１９から理解されるように、第２平坦化レーザビームＬＢ２の照射により、第１平坦化レーザビームＬＢ１の照射によって形成されたリッジ３５５はなくなり、リッジ３６５が形成される。
【０１２７】
図１５（ｅ）に示すように、多結晶珪素膜３０３の複数の第３単位領域に第３平坦化レーザビームＬＢ３をさらに照射する。これにより、多結晶珪素膜３０３の表面をさらに平坦化することができる。第３平坦化レーザビームＬＢ３のエネルギー密度は、例えば、３５０ｍＪ／ｃｍ2である。第３平坦化レーザビームＬＢ３では、第２平坦化レーザビームＬＢ２よりもエネルギー密度を低下させている。第３平坦化レーザビームＬＢ３はレーザ照射装置内に設置されたマスク（図示せず）を用いて成形される。
【０１２８】
図２０は、第３平坦化レーザビームＬＢ３によって照射された多結晶珪素膜３０３の表面を示す。図２０に示すように、第３平坦化レーザビームＬＢ３によって照射された複数の第３単位領域３７１のそれぞれは、多結晶珪素膜３０３の表面の法線方向からみて一辺５．０μｍの正三角形形状を有しており、複数の第３単位領域３７１は、隣接する第３単位領域３７１の角付近が互いに重なるようにパターン状に規則的に配列されている。図２０には、図１９を参照して説明した第３平坦化レーザビームＬＢ３を照射する前のリッジ３６５を破線で示しているが、各第３単位領域３７１は、一辺４．６μｍのリッジ３６５で囲まれた正三角形を含むように配列されている。
【０１２９】
図２０には、また、第３平坦化レーザビームＬＢ３によって照射されなかった非照射領域３７２を斜線で示している。各非照射領域３７２は、第３単位領域３７１よりも小さい一辺２．４μｍの正方形形状を有しており、複数の非照射領域３７２は、隣接する非照射領域３７２と互いに接しないようにパターン状に規則的に配列されている。複数の第３単位領域３７１と複数の非照射領域３７２とは、斑模様を形成するように規則的に配列されている。
【０１３０】
図２１に、第３平坦化レーザビームＬＢ３の照射によって多結晶珪素膜３０３に形成されたリッジ３７５を示す。図２１には、第３単位領域３７１を破線で示している。
【０１３１】
第３平坦化レーザビームＬＢ３の照射により、高さ１０ｎｍのリッジ３７５が形成され、また、その交点には、高さ１５ｎｍの頂点３７６が形成される。このように、第３平坦化レーザビームＬＢ３の照射により、図１９に示したリッジ３６５がなくなり、図２１に示したリッジ３７５が形成されるが、第３平坦化レーザビームＬＢ３の照射によって形成されたリッジ３７５は、第２平坦化レーザビームＬＢ２の照射によって形成されたリッジ３６５よりも低く、多結晶珪素膜３０３の表面は第３平坦化レーザビームＬＢ３の照射前よりも平坦化される。
【０１３２】
ここで、第３平坦化レーザビームＬＢ３の照射により、多結晶珪素膜３０３の表面がさらに平坦化された理由を説明する。
【０１３３】
図２０から理解されるように、第３平坦化レーザビームＬＢ３による第３単位領域３７１は、第２平坦化レーザビームＬＢ２の照射によって形成されたリッジ３６５を含んでおり、また、第３単位領域３７１は、リッジ３６５および頂点３６６が、第３単位領域３７１の正三角形の中心以外の位置、例えば、第３単位領域３７１の正三角形内の比較的外側に位置するように、配列されている。第３平坦化レーザビームＬＢ３を照射すると、第３単位領域３７１は第３平坦化レーザビームＬＢ３のエネルギーを吸収して部分的に溶融状態になる。第３単位領域３７１の正三角形の各辺は非照射領域３７２と接しているため、正三角形の各辺から非照射領域３７２へと熱が伝達する。このため、第３単位領域３７１の温度は、正三角形の中心よりも各辺の方が急速に低下し、正三角形の各辺から固化が開始し、固化は正三角形の各辺から中心に向かって順番に進行していき、リッジ３７５は、第３単位領域３７１の正三角形の角から中心に向かって形成されていき、第３単位領域３７１の正三角形の中心近傍で頂点３７６が形成される。
【０１３４】
第３平坦化工程において、第３単位領域３７１の正三角形内の比較的外側にあるリッジ３６５付近から固化が始まるため、リッジ３６５を形成していた珪素原子が新たに形成されるリッジ３７５まで充分に移動できず、また、第３平坦化レーザビームＬＢ３の照射される前には低い部分に、第３平坦化レーザビームＬＢ３の照射によってリッジ３７５の頂点３７６が形成される。したがって、第３平坦化レーザビームＬＢ３の照射によって形成されたリッジ３７５の高さを、第３平坦化レーザビームＬＢ３を照射する前に形成されていたリッジ３６５よりも低くすることができる。
【０１３５】
なお、上述した説明では、第１、第２単位領域３５１、３６１は正六角形形状を有していたが、正六角形よりもさらに多角形にするとレーザビームによる単位領域の形状を解像することが困難になり、形状が円の場合と同様になって、中心にできるリッジが著しく大きくなり好ましくない。
【０１３６】
また、上述した説明では、第１、第２単位領域３５１、３６１における正六角形の一辺は２．３μｍであったが、この正六角形の一辺は２．３μｍ以下であっても、同様に平坦な多結晶珪素膜を得ることができる。ただし、一辺の長さは１．０μｍ以上であることが好ましい。一辺の長さが１．０μｍ未満であると正確に解像できないおそれがあるからである。
【０１３７】
以上のようにして、平坦化された多結晶珪素膜３０３を得ることができる。
【０１３８】
以下、図２２を参照して、上述した方法で得られた多結晶珪素膜３０３を用いたＴＦＴの製造方法を説明する。
【０１３９】
石英基板３０１上に形成された多結晶珪素膜３０３にレジスト塗布、露光、現像といった通常のフォトリソグラフィ工程を行うことにより、図２２（ａ）に示すように、多結晶珪素膜３０３を領域３０５、領域３０６、領域３０７にパターニングする。領域３０５、３０６、３０７は、それぞれＴＦＴのソース領域、チャネル領域、ドレイン領域となる。
【０１４０】
図２２（ｂ）に示すように、ＡＰＣＶＤ法によって、多結晶珪素膜を被覆するように、酸化膜からなる厚さ４５ｎｍ程度のゲート絶縁膜３１２を形成する。次いで、図２２（ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜３１２上に厚さ３００ｎｍ程度のアルミニウムからなる導電膜３１４を形成する。
【０１４１】
図２２（ｄ）に示すように、導電膜３１４をパターニングしてゲート電極３１４’を形成し、ｐ型ＴＦＴを作製する場合は、このゲート電極３１４’をマスクとして、ソ−ス／ドレイン領域３０５、３０７にボロンイオンを注入する。次いで、図２２（ｅ）に示すように、ゲート電極３１４’を含む石英基板３０１上全面に、厚さ５００ｎｍの酸化膜をＡＰＣＶＤ法で堆積することにより、層間絶縁膜３１６を形成する。
【０１４２】
図２２（ｆ）に示すように、ソ−ス／ドレイン領域３０５、３０７上の層間絶縁膜３１６にコンタクトホ−ルを形成し、スパッタ法によってコンタクトホ−ルに導電材料を堆積して、この導電材料をパターニングすることで、ソ−ス／ドレイン領域３０５、３０７とオ−ミック接触する引き出し電極３１８を形成する。以上のようにして、ＴＦＴが作製される。また、このＴＦＴをスイッチング素子として用いた半導体装置がさらに作製される。
【０１４３】
なお、上述したようにｐ型ＴＦＴを作製し、そのキャリア移動度を測定したところ、１８０ｃｍ2／Ｖ・ｓの値が得られた。ゲート絶縁膜３１２の厚さは４５ｎｍであったが、絶縁不良などは起こらなかった。
【産業上の利用可能性】
【０１４４】
本発明によれば、平坦化された結晶質半導体膜を製造することができる。
【０１４５】
また、ＴＦＴの電気特性を向上させるために薄いゲート絶縁膜を用いる場合でも、本発明による半導体膜を用いることにより、電気移動度が高く、電気特性が均一な複数のＴＦＴを備えた半導体装置を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明による半導体膜の製造方法の実施形態１における製造工程を説明するための模式図である。
【図２】実施形態１において第１平坦化レーザビームによって照射された結晶質半導体膜の模式的平面図である。
【図３】実施形態１において第１平坦化レーザビームの照射によって第１単位領域に形成されたリッジを示す模式的平面図である。
【図４】実施形態１において第２平坦化レーザビームによって照射された結晶質半導体膜の模式的平面図である。
【図５】実施形態１において第１、第２平坦化レーザビームの照射によって結晶質半導体膜に形成されたリッジを示す模式的平面図である。
【図６】（ａ）〜（ｆ）は、実施形態１にしたがって製造された多結晶珪素膜を用いたＴＦＴの製造工程を説明するための模式図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は、本発明による半導体膜の製造方法の実施形態２における製造工程を説明するための模式図である。
【図８】実施形態２において第１平坦化レーザビームによって照射された多結晶珪素膜の模式的平面図である。
【図９】実施形態２において第１平坦化レーザビームの照射によって第１単位領域に形成されたリッジを示す模式的平面図である。
【図１０】実施形態２において第２平坦化レーザビームによって照射された多結晶珪素膜の模式的平面図である。
【図１１】実施形態２において第１、第２平坦化レーザビームの照射によって多結晶珪素膜に形成されたリッジを示す模式的平面図である。
【図１２】実施形態２において第３平坦化レーザビームによって照射された多結晶珪素膜の模式的平面図である。
【図１３】実施形態２において第３平坦化レーザビームの照射によって多結晶珪素膜に形成されたリッジを示す模式的平面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｆ）は、実施形態２にしたがって製造された多結晶珪素膜を用いたＴＦＴの製造工程を説明するための模式図である。
【図１５】（ａ）〜（ｅ）は、本発明による半導体膜の製造方法の実施形態３における製造工程を説明するための模式図である。
【図１６】実施形態３において第１平坦化レーザビームによって照射された多結晶珪素膜の模式的平面図である。
【図１７】実施形態３において第１平坦化レーザビームの照射によって第１単位領域に形成されたリッジを示す模式的平面図である。
【図１８】実施形態３において第２平坦化レーザビームによって照射された多結晶珪素膜の模式的平面図である。
【図１９】実施形態３において第２平坦化レーザビームの照射によって多結晶珪素膜に形成されたリッジを示す模式的平面図である。
【図２０】実施形態３において第３平坦化レーザビームによって照射された多結晶珪素膜の模式的平面図である。
【図２１】実施形態３において第３平坦化レーザビームの照射によって多結晶珪素膜に形成されたリッジを示す模式的平面図である。
【図２２】（ａ）〜（ｆ）は、実施形態３にしたがって製造された多結晶珪素膜を用いたＴＦＴの製造工程を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【０１４７】
１０１、２０１、３０１  石英基板
１０２、２０２、３０２  非晶質半導体膜、非晶質珪素膜
１０３、２０３、３０３  結晶質半導体膜、多結晶珪素膜
１０４、２０４、３０４  酸化層
１０５、２０５、３０５  ソース領域
１０６、２０６、３０６  チャネル領域
１０７、２０７、３０７  ドレイン領域
１１２、２１２、３１２  ゲート絶縁膜
１１４、２１４、３１４  導電膜
１１４’、２１４’、３１４’  ゲート電極
１１６、２１６、３１６  層間絶縁膜
１１８、２１８、３１８  引き出し電極
２５１、３５１  第１平坦化ビームによる第１単位領域
２５２、３５２  第１平坦化ビームにおける非照射領域
２５５、３５５  第１平坦化ビームの照射によって形成されたリッジ
２５６、３５６  第１平坦化ビームの照射によって形成されたリッジの頂点
２６１、３６１  第２平坦化ビームによる第２単位領域
２６２、３６２  第２平坦化ビームにおける非照射領域
２６５、３６５  第２平坦化ビームの照射によって形成されたリッジ
２６６、３６６  第２平坦化ビームの照射によって形成されたリッジの頂点
３７１  第３平坦化ビームによる第３単位領域
３７２  第３平坦化ビームにおける非照射領域
３７５  第３平坦化ビームの照射によって形成されたリッジ
３７６  第３平坦化ビームの照射によって形成されたリッジの頂点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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